科学家在实验室揭示超离子冰晶体结构

IT时代网9月17日消息，据科技日报报道，法国原子能和替代能源委员会的科学家在实验室极端条件下，揭示了一种奇特冰——超离子冰的晶体结构。这一发现有望帮助科学家更好地理解天王星、海王星等冰巨星的磁场和内部结构，相关论文发表于最新一期《物理评论快报》。

科学家早已知道，天王星、海王星等行星深处存在冰。在那里，冰并不是我们熟悉的形态：在巨大热量和压力下，它会进入超离子冰状态，氧原子被锁在固态晶格中，氢原子核却像液体一样自由游走，因而能够导电。此前，科学家只知道这种高温导电冰存在，并不清楚它的晶体结构。

为看清它的结构与行为，团队利用一种名为金刚石压砧的装置，将冰样加压至230吉帕，相当于地球大气压的200多万倍，并用激光加热到1527℃以上。金刚石压砧是一种可产生极端静高压的实验装置，核心原理是用两颗对顶的金刚石挤压样品，在实验室里重现地心甚至更高的压力环境。

欧洲同步辐射设施的X射线衍射显示，冰样中的氧原子排列成六方密堆积晶格。这说明，在230吉帕、1527℃以上的极端条件下，超离子冰并非面心立方结构，而是呈现六方密堆积结构。

这种高温冰的导电性之所以关键，在于它可能解释冰巨星磁场为何倾斜且偏离中心。如果磁场源自较浅处超离子冰层中的电流，而不是像地球那样来自深部核心的发电机效应，就能与航天器观测结果较好地吻合，这也可能改写科学家对这些行星内部结构的认识。

编辑：刘宁